一种安全信号灯控制系统和方法

技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其是用于在交通信号灯灯领域，属于智能交通信号灯控制的技术领域。

背景技术

随着城市规模的不断扩大、道路和机动车辆的增多，道路交通管理的科技化水平也在不断提高。其中交通信号控制机（以下简称信号机）作为控制交叉路口交通信号的重要设备，产品类型经历固定配时、多时段定时式、感应式、集中协调式的演变。

目前国家为进一步规范道路交通信号灯的设置、使用和管理问题，出台了《道路交通信号灯设置与安装规范》（GB 14886—2016）、《道路交通信号控制机》（GB 25280—2016）等标准和技术规范。这些标准和技术规范主要侧重于道路交通信号设备的功能设计，对用电安全设计方面没有明确给出具体的要求，因此在建设和维护上一直沿用设备机箱安装要求，设计防护要求安全系数低。加上电缆老化等问题，导致用电安全系数不断下降。此外，外场系统缺乏可靠、有效的用电保护设备，也持续严重威胁着用电安全。

具体来说，例如公开号为CN104167104A的文件提出一种自适应交通自适应倒计时显示器及其控制方法，倒计时模块分别连无线模块、网络模块、电力载波通信、RS485通信，此模式看似功能强大，实则华而不实，如果配备无线需采购相关无线设备，成本高，且存在无线受干扰问题；网络模块和RS485需铺设专门通信线路，增加成本和施工维护的复杂度；电力载波通信也需采用专用芯片，其传输信号质量差，单宽窄，线路停运时检修时就不能传送数据。所以从成本上来讲，倒计时显示器不可能集多种通信方式于一身，造成不必要的高成本。

一般来说，现有的固定的交通信号灯采用TST319023电缆，则为了信号的传输需要单独的提供传输电缆，信号电缆与供电电缆又是分开设置，总体来看，成本高，所说的成本高分为建设成本和维护成本，由于在建设时供电电缆和信号电缆是单独构件的系统，所以建设成本，但是供电电缆所处的系统或者信号电缆所处的系统中的任一一个出现问题则会导致在最终的交通信号灯的显示部分出现问题，故从问题出现的概率上看维护成本也比较高。

发明内容

本发明包括两个方面，一方面公开了具体的一种安全信号灯控制系统，实现了新的安全信号灯控制系统，本发明的另一方面公开了安全信号灯控制系统所用到的安全信号灯控制方法，依据所公开的方法可以合理的设计出所公开的安全信号灯控制系统。

本发明的技术方案如下：一种安全信号灯控制系统，其特征在于：包括信号主机，连接到信号主机的变压器，与变压器连接的安全信号灯；

所述的变压器输入端为大于等于220AC，所述的变压器的输出端为18-36AC输出；

通过信号主机内的脉冲倒计时信号发生器发出所预设定的脉冲控制信号输出到单管共射放大器，然后通过光电来合器，连接到双向可控硅电路，所述的双向可控硅电路输出端面耦合至 18-36AC输出，所述的18-36AC输出接安全信号灯内的整流电路，在所述的18-36AC输出上还并联有安全信号灯内的具有脉冲检测的控制电路，和整流电路；

所述的整流电路为安全信号灯供电；

所述的控制电路依据检测的脉冲信号控制安全信号灯。

优选的，所述的脉冲倒计时信号发生器为Spartan-6 FPGA模块。

进一步的，所述的脉冲控制信号宽度在5-1000μs之间。

进一步的，所述的脉冲控制信号为PWM控制信号。

需要匹配的，所述的控制电路包括采用STC89C52RC 芯片用于检测所述脉冲信号。

优选的，光电来合器采用型号为TLP521-1。

需要说明的是，本技术方案中单管共射放大器的作用是信号放大；所上述的光电来合器作用为了减少信号串扰，减少失真；所述的双向可控硅电路起到交流调压作用。

需要说明的是，由于市电交流频率是50HZ，所以变压器输出的18-36AC的交流频率也是50HZ，为了便于后续的脉冲信号检测，脉冲信号的频率最好大于500HZ，便于脉冲信号的检测，基于FPGA所设计的脉冲信号主要利用了FPGA内部分频器对时钟信号进行分频得到脉冲信号的原理。这种设计就需要FPGA工作时钟要满足设计要求，由于本专利所设计的脉冲信号从5-1000μs可调，所以专利选择 Spartan-6系列PFGA，这种FPGA的主时钟可以高达750MHz，同时IO口可以输出2ns跳变沿的脉冲信号，同时价格低廉，可用于实现5-1000μs之间的精准脉宽调制。

本发明的另一方面公开了一种安全信号灯控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将变压器输入端为大于等于220AC的输入电压，输出18-36AC到共用电缆，用于安全信号灯的工作供电；

步骤2：将变压器向信号主机进行供电，所述的信号主机用于调制不与共用电缆上变压器输出18-36AC产生干扰的控制信号，且所述的控制信号被接入共用电缆上；

步骤3：所述的安全信号灯内设置有检测控制信号的控制电路，所述的控制电路用于控制安全信号灯。

具体的，所述产生的干扰包括同频干扰、互调干扰、杂散干扰、邻道干扰、符号间干扰、多路径干扰之中的一种干扰或两种及以上的干扰组合。

本专利的有益效果在于：使用了18-36AC电压，即使出现了设备机箱漏电、电缆老化等问题，导致用电安全系数不断下降，也不会危及人员安全的情况。其二，18-36AC电压在电缆上供电，减少了焦耳热效应，一定程度上既节省电力，反而提高了电缆的耐久使用程度。其三，本专利将原有的供电电缆和信号电缆进行了优化，将供电电缆和信号电缆合用为一根电缆，大大减少了建设成本和维护成本，以一个路口为例，可减少至少10万元的建设成本和后续的维护成本。其四，为后续的移动信号灯提供了相当便利。

附图说明

图1为系统的模块图。

附图标记：变压器1、红灯供电及信号电缆11、计数黄灯供电及信号电缆12、绿灯供电及信号电缆13、地线14、火线15、零线16；

信号主机2、红灯信号线21、黄灯信号线22、绿灯信号线23、TLP521-1光电来合器24、Spartan-6 FPGA模块25、双向可控硅电路26、单管共射放大器27；

安全信号灯3、红灯31、黄灯32、绿灯33、控制电路34、整流电路35、STC89C52RC 芯片36。

具体实施方式

实施例1

本实施例通过变压器1将火线15、零线16的高压电变压至安全电压输出红灯供电及信号电缆11、计数黄灯供电及信号电缆12、绿灯供电及信号电缆13，变压器1内置有稳压器，同时变压器1也为信号主机2交流供电；其中，红灯供电及信号电缆11、计数黄灯供电及信号电缆12、绿灯供电及信号电缆13的同一侧既接变压器1又接信号主机2，另一侧连接安全信号灯3，然而在安全信号灯3这一侧既接整流电路35为安全信号灯3进行供电，又接STC89C52RC 芯片36对脉冲信号进行检测，并将脉冲信号转化为对红灯31、黄灯32、绿灯33的控制信号。

本实施例安全信号灯3为交流36v人行灯双8倒计时灯芯，黄灯32具有计时功能。

具体的在信号主机2上设置包括有红灯信号线21、黄灯信号线22、绿灯信号线23、TLP521-1光电来合器24、Spartan-6 FPGA模块25，变压器1给过来的交流电压先在Spartan-6 FPGA模块25进行脉冲带宽调制后，经过单管共射放大器27，然后通过TLP521-1光电来合器24，连接到双向可控硅电路26，所述的双向可控硅电路26输出端通过红灯信号线21、黄灯信号线22、绿灯信号线23耦合至红灯供电及信号电缆11、计数黄灯供电及信号电缆12、绿灯供电及信号电缆13。

可以理解的是，实施例中所述的红灯供电及信号电缆11、计数黄灯供电及信号电缆12、绿灯供电及信号电缆13，即安全信号灯控制方法中所述的共用电缆。

在实施例中 Spartan-6 FPGA模块25，Xilinx ISE开发环境下的ModelSim部分激励代码如下：

reg c1k200m;//时钟

reg mcu_ cs_n; //控制字片选使能

reg mcu_wr_ n; //控制字写使能

reg mcu_rd_n;//控制字读使能

reg [3:0] mcu_addr;//寄存器地址

wire [7:0] mcu_ data;//控制字

wire div_ data;//输出脉冲信号

parameter PEIOD=(1000.0/200);

always #(PEIOD/2) c1k50m=~c1k50m;

mcu_ wr(4'h9,8'h1);//进行寄存器设置

mcu_ wr(4'h0,8'd250);//写入重复频率控制字

mcu_ wr(4'h1,8'd0);

mcu_ wr(4'h2,8'd0);

mcu_ wr(4'h3,8'd0);

mcu_ wr(4'h4,8'd1);//写入脉宽控制字B0

mcu_ wr(4'h5,8'd0);

mcu_ wr(4'h6,8'd0);

mcu_ wr(4'h7,8'd0);

mcu_ wr(4'h8,8'd0);//写入脉宽控制字B1

mcu_ wr(4'h9,8'h0);//寄存器设置完毕

本专利大大减少了建设成本和维护成本，并为后续的移动信号灯提供了相当便利。在搭建新的交通信号灯时候完全可以在以往的供电电缆进行搭建设计，无需继续增加信号电缆的铺设和信号系统的设计。

需要说明的是本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

需要说明的是本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中可以不仅仅是通过PWM控制信号实现对交通信号灯的控制，也可以是通过载波或者载频相位方面被调制以传输用于调节交通安全信号灯的信号。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。